一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，包括容器、铂丝固定板、膨胀石墨蠕虫饼、弱酸电解液、电源、导电金属网和若干铂丝，膨胀石墨蠕虫饼嵌装在容器的底部，容器内充满弱酸电解液，铂丝固定板的内表面竖直焊有若干铂丝。本发明专利技术主要利用了电解的原理，通过导电金属网对膨胀石墨蠕虫饼的不断电解，使得膨胀石墨被逐层剥离在电解液中，再经过铂丝的不断电解，使膨胀石墨蠕虫得到了充分的电解剥离，电解完成后清洗过滤烘干就得到了所需的石墨烯。

Device for preparing graphene by using platinum wire and graphite cake

The invention relates to a device using platinum wire and graphite cake to prepare graphene, which comprises a container and a platinum wire fixing plate, expanded graphite cake, weak acid electrolyte, power supply, and a plurality of conductive metal mesh platinum wire, expanded graphite cake is embedded in the bottom of the container, the container is filled with weak acid electrolyte, the inner surface the vertical fixed plate welding of platinum wire of platinum wire. The invention mainly uses the principle of electrolysis, the conductive metal mesh of expanded graphite cake made of expanded graphite by continuous electrolysis, peeling off in the electrolyte, and then after platinum wire continuous electrolysis, the expanded graphite has been fully electrolysis, electrolytic cleaning after filtering and drying the obtained graphene required.

【技术实现步骤摘要】
一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置
本专利技术属于石墨烯制备
，具体涉及一种利用铂丝制备石墨烯的装置及方法。
技术介绍
石墨烯是从天然石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的的二维晶体。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％。它是目前自然界最薄、强度最高的材料，石墨烯目前最有潜力的应用是成为硅的替代品，制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机。用石墨烯取代硅，计算机处理器的运行速度将会快数百倍。另外，石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3％的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为″黑金″，是″新材料之王″，科学家甚至预言石墨烯将″彻底改变21世纪″。现有技术中，天然石墨烯的制备方法主要有两种：机械方法和化学方法。机械方法包括机械分离法、取向附生法和加热SiC的方法，化学方法主要是是化学还原法与化学解离法。最普通的是微机械分离法，直接将石墨烯薄片从较大的晶体上剪裁下来。2004年Novoselovt等用这种方法制备出了单层石墨烯，并可以在外界环境下稳定存在。典型制备方法是用另外一种材料膨化或者引入缺陷的热解石墨进行摩擦，体相石墨的表面会产生絮片状的晶体，在这些絮片状的晶体中含有单层的石墨烯。但缺点是此法是利用摩擦石墨表面获得的薄片来筛选出单层的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，无法可靠地制造长度足供应用的石墨薄片样本。取向附生法是利用生长基质原子结构“种”出石墨烯，首先让碳原子在1150℃下渗入钌，然后冷却，冷却到850℃后，之前吸收的大量碳原子就会浮到钌表面，镜片形状的单层的碳原子“孤岛”布满了整个基质表面，最终它们可长成完整的一层石墨烯。第一层覆盖80％后，第二层开始生长。底层的石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，而第二层后就几乎与钌完全分离，只剩下弱电耦合，得到的单层石墨烯薄片表现令人满意。但采用这种方法生产的石墨烯薄片往往厚度不均匀，且石墨烯和基质之间的黏合会影响碳层的特性。化学还原法是将氧化石墨与水以1mg/mL的比例混合，用超声波振荡至溶液清晰无颗粒状物质，加入适量肼在100℃回流24h，产生黑色颗粒状沉淀，过滤、烘干即得石墨烯。。化学解离法是将氧化石墨通过热还原的方法制备石墨烯的方法，氧化石墨层间的含氧官能团在一定温度下发生反应。其中，电解法是最常用的制备石墨烯的方法，但是存在石墨烯产量过低，纯度不高的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有石墨烯制备技术中，生产工艺复杂，石墨烯纯度较低的问题，进而提供一种制备石墨烯的装置及方法。本专利技术的技术方案是：一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，所述装置包括容器1、铂丝固定板2、膨胀石墨蠕虫饼4、弱酸电解液5、电源6、导电金属网8和若干铂丝3，膨胀石墨蠕虫饼4嵌装在容器1的底部，容器1内充满弱酸电解液5，铂丝固定板2的内表面竖直焊有若干铂丝3，导电金属网8水平置于弱酸电解液5中，膨胀石墨蠕虫饼4和铂丝固定板2均与电源6的正极连接，导电金属网8与电源6的负极连接。进一步地，所述铂丝固定板2用吊架置于容器1上方。进一步地，所述膨胀石墨蠕虫饼4与容器1之间用胶粘连接。进一步地，弱酸电解液5为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。进一步地，容器1的材质不导电。进一步地，导电金属网8一端通过支架固定在容器1的侧壁，另一端通过支架穿过容器1的侧壁接入电源6。本专利技术还涉及一种利用上述装置制备石墨烯的方法，包括以下步骤：将膨胀石墨蠕虫饼4嵌装在反应容器1的底部，再将弱酸电解液5充满反应容器1，然后将铂丝固定板2用吊架固定在反应容器1上方，导电金属网8水平置于弱酸电解液5中，将膨胀石墨蠕虫饼4和铂丝固定板2与电源6的正极连接，导电金属网8与电源6的负极连接，打开电源6开关对膨胀石墨蠕虫饼2进行电解，充分电解后，将石墨烯与电解液的混合物取出后清洗过滤，再将过滤得到的石墨烯进行超声破碎烘干，即得到所需石墨烯。进一步地，弱酸电解液5为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。进一步地，电源6的电压优选为3到30伏。本专利技术具有如下有益效果：本专利技术主要利用了电解的原理，通过导电金属网对膨胀石墨蠕虫饼的不断电解，使得膨胀石墨被逐层剥离在电解液中，再经过铂丝的不断电解，使膨胀石墨蠕虫得到了充分的电解剥离，电解完成后清洗过滤烘干就得到了所需的石墨烯。通过加入导电金属网，可对膨胀石墨蠕虫饼和液体中为充分剥离的石墨蠕虫同时进行两次电解，加强了电解效率。在得到的石墨烯中，单层石墨烯占的比重大，且该方法工艺简单易安装。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明：参阅图1，本实施方式的装置包括容器1、铂丝固定板2、膨胀石墨蠕虫饼4、弱酸电解液5、电源6、导电金属网8和若干铂丝3，膨胀石墨蠕虫饼4嵌装在容器1的底部，容器1内充满弱酸电解液5，铂丝固定板2的内表面竖直焊有若干铂丝3，导电金属网8水平置于弱酸电解液5中，膨胀石墨蠕虫饼4和铂丝固定板2均与电源6的正极连接，导电金属网8与电源6的负极连接。铂丝固定板2用吊架置于容器1上方。膨胀石墨蠕虫饼4与容器1之间用胶粘连接。导电金属网8一端通过支架固定在容器1的侧壁，另一端通过支架穿过容器1的侧壁接入电源6。弱酸电解液5优选为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。反应容器1的材质不导电，可以优选玻璃容器。电源6的电压优选为8到30伏。膨化石墨饼2制备方法如下：取天然鳞片石墨，在不断搅拌下将其加入硫酸和硝酸的混酸溶液中，再加入高锰酸钾，控制一定温度，然后再加入三氯化铁，搅拌，反应一定时间后，离心分离，用稀碱溶液浸洗，水洗至酸性，脱水后高温干燥即可得膨胀石墨蠕虫饼。本专利技术还包括一种利用上装置制备石墨烯的方法，包括以下步骤：将膨胀石墨蠕虫饼4嵌装在反应容器1的底部，再将弱酸电解液5充满反应容器1，然后将铂丝固定板2用吊架固定在反应容器1上方，导电金属网8水平置于弱酸电解液5中，将膨胀石墨蠕虫饼4和铂丝固定板2与电源6的正极连接，导电金属网8与电源6的负极连接，打开电源6开关对膨胀石墨蠕虫饼2进行电解，充分电解后，将石墨烯与电解液的混合物取出后清洗过滤，再将过滤得到的石墨烯进行超声破碎烘干，即得到所需石墨烯。本实施方式的原理：电源6通3到30伏电压后，铂丝3通电会使电解液中的膨胀石墨蠕虫饼7发生电解，通过加入导电金属网，可对膨胀石墨蠕虫饼同时进行两次电解，将其剥离成石墨烯。然后从容器1中倒出弱酸电解液5与石墨烯的混合物，利用过滤装置对混合物进行过滤，利用超声波对滤出的石墨烯进行超声，利用烘干机对石墨烯进行烘干，完成石墨烯的电解制备。此方法简单易行且单层石墨烯占比很高。上述内容仅为本专利技术的较佳实施例，并非用于限制本专利技术的实施方案，本领域普通技术人员根据本专利技术的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本专利技术的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于：所述装置包括容器(1)、铂丝固定板(2)、膨胀石墨蠕虫饼(4)、弱酸电解液(5)、电源(6)、导电金属网(8)和若干铂丝(3)，膨胀石墨蠕虫饼(4)嵌装在容器(1)的底部，容器(1)内充满弱酸电解液(5)，铂丝固定板(2)的内表面竖直焊有若干铂丝(3)，导电金属网(8)水平置于弱酸电解液(5)中，膨胀石墨蠕虫饼(4)和铂丝固定板(2)均与电源(6)的正极连接，导电金属网(8)与电源(6)的负极连接。

【技术特征摘要】
1.一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于：所述装置包括容器(1)、铂丝固定板(2)、膨胀石墨蠕虫饼(4)、弱酸电解液(5)、电源(6)、导电金属网(8)和若干铂丝(3)，膨胀石墨蠕虫饼(4)嵌装在容器(1)的底部，容器(1)内充满弱酸电解液(5)，铂丝固定板(2)的内表面竖直焊有若干铂丝(3)，导电金属网(8)水平置于弱酸电解液(5)中，膨胀石墨蠕虫饼(4)和铂丝固定板(2)均与电源(6)的正极连接，导电金属网(8)与电源(6)的负极连接。2.根据权利要求1所述的一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于：所述铂丝固定板(2)用吊架置于容器(1)上方。3.根据权利要求1或2所述的一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于：所述膨胀石墨蠕虫饼(4)与容器(1)之间用胶粘连接。4.根据权利要求1所述的一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于，弱酸电解液(5)为稀草酸或者稀硫酸等弱酸。5.根据权利要求1所述的一种利用铂丝和石墨饼制备石墨烯的装置，其特征在于，容器(1)的材质不...

【专利技术属性】
技术研发人员：张金玉，
申请(专利权)人：哈尔滨摆渡新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23